Что такое атомный генератор

Почему ядерные батарейки так и не стали популярны? История почти забытой технологии

В прошлом футуристы видели транспорт будущего движимым за счет энергии от атомных источников питания. Маленькая батарейка (обычно светящаяся — так передавали образ художники) заменила бы тысячи литров бензина или дизельного топлива. Почти бесконечную энергию могли бы использовать не только машины, но и корабли, отправленные бороздить бескрайние просторы Вселенной.

Новость «Ученые разработали атомную батарейку для космических кораблей» вызвала бы определенный интерес. «Ну наконец-то», «Теперь заживем!» и «Сириус, держись!» — последовала бы примерно такая реакция. Но на деле «атомные батарейки» используются давно — аж с шестидесятых годов прошлого века. Каждая из них заслуживает отдельной истории.

Речь идет о так называемых радиоизотопных термоэлектрических генераторах — РИТЭГ (RTG). В качестве «движущей» силы они используют нагрев, то есть тепловую энергию. Это одно из основных отличий от атомных реакторов, в которых происходит цепная ядерная реакция. Реакторы используются давно, однако они имеют большие габариты и вес, а ведь мы говорим о «космических батарейках».

РИТЭГи планировалось использовать для космических аппаратов, но позже сферу применения расширили (в том числе на медицинскую технику, например электрокардиостимуляторы). Первыми новую технологию, по крайней мере официально, внедрили американские военные в спутниках Transit 4A и 4B. Батарею для них разработали в рамках программы SNAP-3.

Ей предшествовало появление SNAP-1 — тестовой платформы, в которой применяли цикл Ренкина (цикл преобразования тепла в работу) с использованием изотопа церия и ртути в качестве теплоносителя. Инженеры продолжили работу над проектом, пытаясь решить вопрос с защитой будущих астронавтов и груза от радиации, удержав вес системы в определенных рамках: иначе ракета не взлетит.

В итоге «щитом» в SNAP-2 стал усеченный конус, заполненный гидридом лития. Реактор разместили вверху, капсулу с условной командой и грузом — за нижней частью. Последовавшие испытания показали, что идея хороша, да только не работает: в определенных условиях, вероятность появления которых высока, смертельная доза радиации пройдет сквозь защиту. Кроме того, конструкция оказалась весьма взрывоопасной.

Ее изменяли, искали компромисс, нашли его — и вскоре появился SNAP-3, который стал первым РИТЭГом, примененным в космической программе. Атомные батарейки на плутонии-238, которого потратили 96 граммов, установили в навигационные спутники военных Transit 4A и 4B. Они выдавали 2,5 Вт электрической энергии (тепловая была намного больше). Это был 1961 год.

Спустя еще примерно год Transit 4B и некоторые другие спутники были повреждены из-за проведенных США ядерных испытаний в рамках программы Starfish Prime. Тогда на высоте 400 километров взорвали 1,44-мегатонный заряд, устроив небесный фейерверк, а заодно повредив собственную технику. Ведь ядерную энергию воспринимали как-то не всерьез.

Ну а первым советским спутником с РИТЭГом стал «Космос-84» (его движение можно отследить и сейчас), получивший систему «Орион-1» в 1965-м.

Ошибок случалось немало, в том числе после того, как в гонку «радиоактивных» спутников включился СССР, который вначале использовал полоний-210, а затем перешел на уран-235. Иногда атомные батарейки падали в океан (упоминается несколько случаев), другие горели в атмосфере или были уничтожены при запуске. Были вопросы и к конструкции советских космических аппаратов: ситуацию можно сравнить с водителем, выбрасывающим весь мусор (которого тонны) из машины в окно — чего только не оказалось на мусорной орбите вокруг Земли!

Собственный опыт и опыт «коллег» подтолкнул американских инженеров к тому, чтобы разработать системы, которые активируются лишь после удаления от Земли.

Это было важно, так как мощность батареек планировали нарастить. Однако особенно преуспели в этом Советы, которые быстро перешли на киловаттные установки, но уже в 1970-е. Американцы также запустили экспериментальный вариант на 500 Вт (и 30—40 кВт тепловой энергии) в 1975 году. Это была миссия SNAPSHOT и аппарат SNAP-10A с компактным ядерным реактором: он был менее 40 сантиметров в длину и чуть более 22 сантиметров в диаметре, при этом его вес составлял 290 килограммов.

Здесь стоит упомянуть, что в 1970-х годах и ранее NASA, как и СССР, изучало возможность создания действительно мощной ядерной установки для космических аппаратов, которую можно было бы устанавливать именно на корабли, а не использовать лишь в относительно небольших спутниках.

В рамках проекта NERVA, например, были испытаны ЯРДы (ядерные ракетные двигатели, относятся к радиоизотопным источникам энергии, как и РИТЭГ), способные произвести до 4500 мегаватт тепловой энергии и 1,1 млн ньютонов реактивной тяги (половина тяги маршевого двигателя шаттла), работая до 90 минут. Плюс таких двигателей — в значительном сокращении времени полета. Но это другая история, которая пока не закончилась.

За пределы околоземной «кольцевой дороги» американские РИТЭГи отправились в 1969 году. Модификация одного из них обогревала измерительный инструмент, который взяли с собой участники миссии «Аполлон-11». Другой установили в комплект научных инструментов ALSEP в «Аполлоне-12» для изучения Луны, а также последующих миссиях.

Советы сыграли в «догонялки», и в 1970-м появился «Луноход-1» с радиоизотопным нагревателем (RHU) — и США, и СССР использовали технологию не только для выработки энергии, но и для обогрева электроники.

Часто высказывается идея, что высокоэффективного источника энергии из РИТЭГа не получится. И пока это так. Однако подобные системы практически незаменимы при отправке зондов на сверхдальние расстояния — туда, где солнечные батареи бесполезны. Первопроходцем в этом деле стала межпланетная станция «Пионер-10», отправленная в космос 3 марта 1972 года.

На нее установили четыре РИТЭГа SNAP-19s (для питания и обогрева). Перед запуском они выдавали 155 Вт электроэнергии, но при подлете к Юпитеру показатель снизился до 140 Вт. Этого было более чем достаточно для работы систем, потреблявших 100 Вт, но к 2001 году энергии уже едва хватало на поддержание функционирования лишь некоторых модулей.

Очередной вехой в развитии технологии стала разработка MHW-RTG для «Вояджеров», отправленных в дальнее путешествие в 1977 году. До этого новые системы прошли обкатку в спутниках на околоземной орбите. Каждый из космических аппаратов получил по три РИТЭГа общей электрической мощностью 470 Вт на момент запуска с перспективой снижения электрической мощности в два раза примерно через 88 лет. Источниками энергии стали 24 спрессованные сферы из оксида плутония. Плюс на борту имелось по девять нагревателей RHU (их может быть и больше, они устанавливаются точечно в рассчитанных местах).

Спустя пару лет после запуска «Вояджеров» США временно вышли из гонки, а СССР, напротив, наращивал количество запущенных спутников — это были аппараты серии УС-А. Но на них устанавливали ядерные энергетические установки БЭС-5 «Бук», работавшие на уране. Их электрическая мощность составляла 3 кВт при тепловой мощности 100 кВт, что заметно превосходило показатели американских систем, работавших по несколько иному принципу.

Срок работы спутников с «Буками» был заметно меньше: он составлял около полугода (потом аппарат становился мусором, который летает вокруг Земли до сих пор), и это при более высоком весе ядерного топлива. Поэтому требовались регулярные запуски, с которыми то и дело не ладилось. На смену БЭС-5 пришли ядерные установки «Топаз», которые были мощнее предшественников более чем в два раза. Однако новые системы получили лишь два спутника, и один из них был уничтожен.

В дальнейшем страны вновь поменялись местами (одна попросту перестала существовать), и успеха добивались лишь США, осваивая очередную технологию — GPHS-RTG (это модернизированные РИТЭГи). Однако какого-то значительного шага вперед с точки зрения эффективности сделано не было.

Новые «атомные батарейки» устанавливали в автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Улисс», изучавшую Солнце и Юпитер; в спускаемый зонд «Галилео» для исследования атмосферы Юпитера; в станцию «Кассини-Гюйгенс», которая исследовала Сатурн, его кольца и спутники; в АМС «Новые горизонты», выполняющую программу исследования объектов Солнечной системы.

Наконец, на базе старого SNAP-19 была разработана система MMRTG, которая помогла роверу Curiosity исследовать Марс (и помогает до сих пор).

Китай также предпринял попытки использовать технологию — в АМС «Чанъэ-3» и вездеходе «Юйту», прибывшем на Луну тем же «рейсом». Точно не известно, были это источники питания или обогреватели, так как данные разнятся. Не исключено, что РИТЭГ был дублирующей системой в дополнение к солнечным батареям.

Что дальше?

NASA и министерство энергетики США ведут экспериментальный проект Kilopower. В рамках него планируется разработать систему, которая позволит активнее путешествовать по Солнечной системе. Правда, это уже не «атомные батарейки», а стационарная система на обогащенном уране. Плюс ее состоит в том, что инженерам, судя по всему, удалось достичь неплохих показателей КПД в 30%. Для сравнения: у РИТЭГа он составляет 3—7% и даже в экспериментах не превышал 10%.

Не исключено, что развитие получит и проект NERVA по разработке ядерного ракетного двигателя для межпланетных полетов. В 2019 году сообщалось о выделении средств — может, в 2024-м появится демонстрационная модель.

Что касается «атомных батареек», то самые эффективные их образцы пока можно найти лишь в научной фантастике. В последнее время плутоний, уран и другие элементы таблицы Менделеева в качестве источников питания практически не рассматриваются.

Судя по всему, очередной MMRTG получит марсоход Perseverance («Настойчивость»), который окажется на Красной планете в начале 2021 года. Там он займется поисками признаков древней жизни, будет изучать грунт и искать лед. А вот дальнейшее применение технологии под вопросом — в том числе из-за недостатка плутония, которого было много благодаря холодной войне. Сейчас производить нужный элемент дорого, так как подходит не все сырье и объемы мизерные — сотни граммов в год.

Однако не только цена и технологические сложности стали преградой для развития этого источника энергии.

Что такое РИТЭГ и почему его следует бояться?

Некоторые «выживальщики», где-то что-то прочитавшие или услышавшие про эту штуку, обрадовались и решили, что при глобальном апокалипсисе РИТЭГ им очень бы пригодился в личном пользовании.

Ведь РИТЭГ — это почти что дармовой и достаточно компактный источник электричества!

По сути, РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) — это такая атомная батарейка. Габариты позволяют перевозить её в кузове фургона и установить буквально на своём дачном участке. А при внезапном крахе цивилизации и инфраструктуры электричество понадобится всем выжившим, уже хотя бы на то, чтобы фонари и рации зарядить, в «фоллаут» на ноуте погонять, и просто световой день удлинить. Если заранее подготовиться и раздобыть свой личный РИТЭГ, то можно даже, наверное, и продавать киловатты соседям (за тушёнку и услуги девок румяных). В общем, стать этаким местным энергетическим бароном. Вдобавок, он бесшумный и злые «мородёры» не услышат, как он выдаёт ток. Супер, правда? Вопрос только в том, где же взять такое счастье?

Ну, с этим-то как раз всё просто. Поезжай в Архангельскую область или на Кольский п-ов и начинай искать… При союзе РИТЭГов было выпущено около 1000 штук и распределено по всему Северному морскому пути, где они питали маяки, сигнальные огни, метео- и гидрографические станции. Потом, когда СССР накрылся звездой, часть была вывезена, но остальные попросту бросили. Вывозить их было экономически невыгодно и технически крайне трудно.

Сейчас большинство РИТЭГов вывезены и направлены на утилизацию (за счёт безвозмездной иностранной помощи!). Однако точных данных о количестве оставшихся РИТЭГов на сегодняшний день нет. Так что у наших «выживальщиков», с нетерпением ждущих апокалипсиса, есть шанс к тому времени раздобыть себе парочку РИТЭГов… И сдохнуть.

Что же это такое РИТЭГ на самом деле, и почему его следует бояться?

РИТЭГ вырабатывает 30 вольт постоянного напряжения и может питать всякую аппаратуру потребляемой мощностью до 80-ти Вт. К самому РИТЭГу подсоединены аккумуляторы и другие приблуды, позволяющие накапливать и преобразовывать электроэнергию. Вообще, они были выпущены разные, поэтому характеристики могут отличаться. Но общее у всех них одно: источник тепла на основе радионуклида стронций 90.

Радионуклид в виде специальной топливной композиции заключён в сварную капсулу. Внутри неё он распадается и выделяет тепло, которое с помощью термоэлектрических элементов преобразуется в постоянный ток. Капсула защищена оболочкой из свинца и нержавейки. Предполагалось, что радиоактивное излучение не будет очень опасным для человека (всего-то 10 мР/ч на расстоянии метра от РИТЭГа), да и людей-то там мало будет, а те, которые будут, они не люди, а сотрудники.

В условиях севера, где сильные ветра и мало солнечных дней, РИТЭГ стал отличной альтернативой ветрякам и солнечным батареям. В нём нет движущихся частей, которые могут сломаться, как, например, в том же ветряке. Выдаваемая мощность не зависит от солнца. Ресурс — более 30-ти лет (полураспад стронция-90 происходит за 29 лет). Поэтому РИТЭГи пошли в серию. Большинство было передано Министерству обороны и установлено в гидрографических военных частях.

Как сообщается в различных документах, на побережье Сахалина было установлено около 40-ка РИТЭГов, они питали маяки. На Чукотке — 150 штук, в Якутии — 75 штук, 30 — на Курилах. Многие оказались бесхозны. Например, РИТЭГи, принадлежащие Колымгидромету, были брошены на берегу залива Шельтинга и на мысе Евреинова в связи с развалом службы наблюдений. Некоторые РИТЭГи оказались просто утеряны: в сентябре 2003 года инспекция не обнаружила РИТЭГ № 57 на пункте «Кувэквын». Теоретически, его могло замыть в прибрежный песок при сильном шторме… Или его просто сп*здили…

В США также использовали т.н. RTG (аналог РИТЭГов), но, в основном, для космических нужд. Хотя, около 10-ти штук было установлено на военных объектах на Аляске. Но после нескольких внештатных ситуаций RTG срочно заменили на дизель-генераторы.

RTG для NASA

Обращаемся ко всем выживальщикам, с нетерпением ждущим конца света!

Если вы где-то случайно найдете РИТЭГ и решите, что приспособить его для своих хозяйственных нужд — отличная идея, то для начала подумайте, собираетесь ли вы размножаться? Сам по себе источник тепла, без защитной оболочки, даёт на поверхности до 1000 Р/ч (это очень дофига!), а где гарантия, что за столько лет защита не потеряла герметичность?

Дальше. Вы ведь не в одиночку решили выживать, правда? Рука устанет в одиночку-то. Поэтому нужна какая-никакая группа или община. Но для нужд даже небольшой общины из нескольких семей вырабатываемой РИТЭГом мощности будет крайне мало. 80 Вт — это ничто! Зато опасность для людей и животных превышает все мыслимые пределы. Да и ресурс большинства РИТЭГов на сегодняшний день уже практически выработан. Так что, по итогу, вам достанется радиоактивный и бесполезный кусок железа.

РИТЭГ: прозаичные тепло и электричество для космических аппаратов

Так получилось, что в серии «Мирный космический атом» мы движемся от фантастического к распространенному. В прошлый раз мы поговорили об энергетических реакторах, очевидный следующий шаг — рассказать о радиоизотопных термоэлектрических генераторах. Недавно на Хабре был отличный пост про РИТЭГ зонда «Кассини», а мы рассмотрим эту тему с более широкой точки зрения.

Физика процесса

Производство тепла

В отличие от ядерного реактора, который использует явление цепной ядерной реакции, радиоизотопные генераторы используют естественный распад радиоактивных изотопов. Вспомним, что атомы состоят из протонов, электронов и нейтронов. В зависимости от количества нейтронов в ядре конкретного атома, он может быть стабильным, или же проявлять тенденцию к самопроизвольному распаду. Например, атом кобальта 59 Co с 27 протонами и 32 нейтронами в ядре стабилен. Такой кобальт использовался человечеством со времен Древнего Египта. Но если мы добавим к 59 Co один нейтрон (например, поместив «обычный» кобальт в атомный реактор), то получится 60 Co, радиоактивный изотоп с периодом полураспада 5,2 года. Термин «период полураспада» означает, что через 5,2 года один атом распадется с вероятностью 50%, а от ста атомов останется примерно половина. У всех «обычных» элементов есть свои изотопы с разным периодом полураспада:

3D карта изотопов, спасибо ЖЖ пользователю crustgroup за картинку.

Превращение тепла в электричество

Как и в случае атомного реактора, на выходе у нас получается тепло, которое надо каким-либо образом преобразовать в электричество. Для этого можно использовать:

• Термоэлектрический преобразователь. Соединив два проводника из разных материалов (например, хромеля и алюмеля) и нагрев один из них, можно получить источник электричества.
• Термоэмиссионный преобразователь. В этом случае используется электронная лампа. Её катод нагревается, и электроны получают достаточно энергии чтобы «допрыгнуть» до анода, создавая электрический ток.
• Термофотоэлектрический преобразователь. В этом случае к источнику тепла подсоединяется фотоэлемент, работающий в инфракрасном диапазоне. Источник тепла испускает фотоны, которые улавливаются фотоэлементом и преобразуются в электричество.
• Термоэлектрический конвертер на щелочных металлах. Здесь для превращения тепла в электричество используется электролит из расплавленных солей натрия и серы.
• Двигатель Стирлинга — тепловая машина для преобразования разности температуры в механическую работу. Электричество получается из механической работы с использованием какого-либо генератора.

История

Первый экспериментальный радиоизотопный источник энергии был представлен в 1913 году. Но только со второй половины XX века, с распространением ядерных реакторов, на которых можно было получать изотопы в промышленных масштабах, РИТЭГи стали активно использоваться.

В США РИТЭГами занималась уже знакомая вам по прошлому посту организация SNAP.
SNAP-1.
Это был экспериментальный РИТЭГ на 144 Ce и с генератором на цикле Ренкина (паровая машина) со ртутью в качестве теплоносителя. Генератор успешно проработал 2500 часов на Земле, но в космос не полетел.

SNAP-3.
Первый РИТЭГ, летавший в космос на навигационных спутниках Transit 4A и 4B. Энергетическая мощность 2 Вт, вес 2 кг, использовал плутоний-238.

Sentry
РИТЭГ для метеорологического спутника. Энергетическая мощность 4,5 Вт, изотоп — стронций-90.

SNAP-7.
Семейство наземных РИТЭГов для маяков, световых буев, погодных станций, акустических буев и тому подобного. Очень большие модели, вес от 850 до 2720 кг. Энергетическая мощность — десятки ватт. Например, SNAP-7D — 30 Вт при массе 2 т.

SNAP-9
Серийный РИТЭГ для навигационных спутников Transit. Масса 12 кг, электрическая мощность 25 Вт.

SNAP-11
Экспериментальный РИТЭГ для лунных посадочных станций Surveyor. Предлагалось использовать изотоп кюрий-242. Электрическая мощность — 25 Вт. Не использовались.

SNAP-19
Серийный РИТЭГ, использовался во множестве миссий — метеорологические спутники Nimbus, зонды «Пионер» -10 и -11, марсианские посадочные станции «Викинг». Изотоп — плутоний-238, энергетическая мощность

40 Вт.

SNAP-21 и -23
РИТЭГи для подводного применения на стронции-90.

SNAP-27
РИТЭГи для питания научного оборудования программы «Аполлон». 3,8 кг. плутония-238 давали энергетическую мощность 70 Вт. Лунное научное оборудование было выключено ещё в 1977 году (люди и аппаратура на Земле требовали денег, а их не хватало). РИТЭГи на 1977 год выдавали от 36 до 60 Вт электрической мощности.

MHW-RTG
Название расшифровывается как «многосотваттный РИТЭГ». 4,5 кг. плутония-238 давали 2400 Вт тепловой мощности и 160 Вт электрической. Эти РИТЭГи стояли на Экспериментальных Спутниках Линкольна (LES-8,9) и уже 37 лет обеспечивают теплом и электричеством «Вояджеры». На 2014 год РИТЭГи обеспечивают около 53% своей начальной мощности.

GPHS-RTG
Самый мощный из космических РИТЭГов. 7,8 кг плутония-238 давали 4400 Вт тепловой мощности и 300 Вт электрической. Использовался на солнечном зонде «Улисс», зондах «Галилео», «Кассини-Гюйгенс» и летит к Плутону на «Новых горизонтах».

MMRTG
РИТЭГ для «Кьюриосити». 4 кг плутония-238, 2000 Вт тепловой мощности, 100 Вт электической.

Тёплый ламповый кубик плутония.

РИТЭГи США с привязкой по времени.

СССР/Россия

В СССР и России космических РИТЭГов было мало. Первым экспериментальным генератором стал РИТЭГ «Лимон-1» на полонии-210, созданный в 1962 году:
.

Первыми космическими РИТЭГами стали «Орион-1» электрической мощностью 20 Вт на полонии-210 и запущенные на связных спутниках серии «Стрела-1» — «Космос-84» и «Космос-90». Блоки обогрева стояли на «Луноходах» -1 и -2, и РИТЭГ стоял на миссии «Марс-96»:

В то же время РИТЭГи очень активно использовались в маяках, навигационных буях и прочем наземном оборудовании — серии «БЭТА», «РИТЭГ-ИЭУ» и многие другие.

Конструкция

Практически все РИТЭГи используют термоэлектрические преобразователи и поэтому имеют одинаковую конструкцию:

Перспективы

Все летавшие РИТЭГи отличает очень низкий КПД — как правило, электрическая мощность меньше 10% от тепловой. Поэтому в начале XXI века в NASA был запущен проект ASRG — РИТЭГ с двигателем Стирлинга. Ожидалось повышение КПД до 30% и 140 Вт электрической мощности при 500 Вт тепловой. К сожалению, проект был остановлен в 2013 году из-за превышения бюджета. Но, теоретически, применение более эффективных преобразователей тепла в электричество способно серьезно поднять КПД РИТЭГов.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

1. Очень простая конструкция.
2. Может работать годами и десятилетиями, деградируя постепенно.
3. Может использоваться одновременно для обогрева и электропитания.
4. Не требует управления и присмотра.

Недостатки:

1. Требуются редкие и дорогие изотопы в качестве топлива.
2. Производство топлива сложное, дорогое и медленное.
3. Низкий КПД.
4. Мощность ограничивается сотнями ватт. РИТЭГ киловаттной электрической мощности уже слабо оправдан, мегаваттной — практически не имеет смысла: будет слишком дорогим и тяжелым.

Сочетание таких достоинств и недостатков означает, что РИТЭГи и блоки обогрева занимают свою нишу в космической энергетике и сохранят её и далее. Они позволяют просто и эффективно обогревать и питать электричеством межпланетные аппараты, но от них не стоит ждать какого-либо энергетического прорыва.

Якут создал атомный генератор: шутка или правда?

Инженер из Якутии предложил дешевую автономную систему обеспечения энергией жилых домов в любой точке мира. Ей заинтересовалась Tesla.

66-летний Анатолий Чомчоев из Якутского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук последние 10 лет живет в лесу, на 45-м километре Вилюйского тракта, и сам успешно создает альтернативную энергетику. Вместе с супругой Дианой Чомчоевой, кандидатом сельскохозяйственных наук, иммуногенетиком, они живут вдалеке от цивилизации, но не оторваны от нее — ездят на международные конференции, ведут научные исследования и публикуют научные статьи.

Анатолий и Диана Чомчоевы

На счету супругов множество патентов и научных разработок, многие из которых уже претворены в жизнь, но не в России, а за границей. К примеру, в сотрудничестве с японскими компаниями они разработали и запустили в производство перчатки и сапоги, выдерживающие 50-градусные морозы.

Они занимаются проблемами энерго- и теплосбережения, разрабатывая жилые дома, на обогрев которых требуется в 10 раз меньше энергии. Но в последние годы для супругов главное дело — альтернативные источники энергии, которые способны полностью обеспечить автономность жилых домов в любой точке земного шара.

«Когда мы с Дианой поняли, насколько неэффективны солнечные панели и ветропарки, стали думать: где же выход?. Солнечные панели и «ветряки» — это блажь для богатых, которым некуда девать деньги. Существующие технологии никогда себя не окупят и не смогут заменить электричество, — говорит Чомчоев. — К таким выводам мы пришли еще шесть лет назад, потратив на это пять лет. Мы проверили столько солнечных панелей, лучшими оказались отечественные из «Роскосмоса». Они выдерживают наши морозы. Но максимум, что мы от них получаем, — это телевизор включить и телефон зарядить. Одна солнечная панель дает заряд мощностью 1,5 кВт. И за солнечными панелями нужен постоянный уход: из-за скопившейся пыли может в несколько раз снизиться эффективность».

Телевизор и лампа работают за счет солнечных панелей

«Учитывая, что солнечные панели и ветроустановки еле-еле «тянут» мелкие бытовые приборы, глупо даже говорить об отоплении и энергоснабжении населенных пунктов. «Русгидро» активно строит солнечные станции, но это экономически необоснованно: все затраты включаются потом в тарифы, которые растут и растут», — объясняет Чомчоев.

«В течение пяти лет я считал, просчитывал, анализировал, проводил опыты, поэтому уверен, что это правильное решение», — говорит инженер, убеждая, что панацеей от всего может стать портативный атомный генератор.

Механизм его действия до такой степени прост, что инженер боится его патентовать: как только все будет опубликовано, другие страны смогут оперативно создать аналоги и приступить к испытаниям, сообщает News.Ykt.ru. «Это не простой ядерный генератор, его принцип работы совершенно другой. Он не взрывоопасен, охлаждение происходит не за счет воды, а за счет воздуха и конструктивно-технических решений. Чернобыльская станция работала на воде, там был риск взрыва, — поясняет он. — Мы про все наши опыты пишем и в правительство Якутии, и в российское, но всем удобно делать вид, будто нас нет. Выгоднее рапортовать об инновациях, умалчивая о многомиллиардных долгах по линии ЖКХ и энергетики».

Макет атомного генератора мощностью 30 кВт (масштаб 1:10)

Небольшой атомный генератор нового поколения, занимающий площадь около двух квадратных метров, сможет выдавать мощность в 15 кВт и стать идеальным вариантом для небольшого села на 100 домов. Его стоимость — около двух миллионов рублей, работает он в автоматическом режиме, полностью безопасен и не нуждается в заправке, обслуживании или замене запчастей. Бесперебойно работать такой генератор может в течение 50 лет. А генератор мощностью до 10 МВт обеспечит теплом, электричеством и горячей водой не менее 15 тысяч человек.

Чомчоев из года в год предлагает руководству Якутии взяться за этот проект. Изготовление одного опытного образца будет стоить около 30 миллионов рублей. На научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы потребуется до трех лет. Такая разработка может перевернуть жизнь не только Якутии, но и России и всего мира.

Макет генератора, который способен обеспечивать электричеством 15 домов на протяжении 50 лет (масштаб 1:10)

Этим проектом давно интересуются иностранные агентства. Есть и предложение от одного из подразделений «Росатома» заключить договор и проводить испытания на их полигоне. Однако Чомчоев отказался, считая, что в этом случае его разработка обретет иное направление, далекое от нужд потребителей.

«Я постоянно пишу письма руководству Якутии, полпреду Дальнего Востока Трутневу, но мои письма остаются без ответа. В последние годы, если честно, начал уставать. Я отнюдь не молод, и иногда закрадывается мысль, что не успею. С женой договорились: ждем еще два года, если здесь ничего не получится, то уедем за границу. Это не шантаж, а просто констатация факта: стране не нужны технические прорывы», — объясняет Чомчоев.

Последняя надежда на указ президента РФ от 7 мая этого года о национальных целях и стратегических задачах. В пункте 11 о цифровой экономике и пункте 15 о модернизации генерирующих мощностей в удаленных и энергетически изолированных поселениях прописаны цели и задачи. Регионы должны предоставить свой план до 1 октября 2018 года, но указ есть, а действий никаких нет.

Жилище якутского кулибина

По словам Чомчоева, зарубежные коллеги убеждают его бросить все и уехать за границу, где на новую разработку немедленно будет выделено финансирование. К примеру, компания Tesla, которая активно занимается созданием источников чистой энергии, уже предложила российскому инженеру работу, обещая финансирование его проекта. «На работу к Илону Маску зовут, его заместитель говорит мне: «Бросай все! В России никогда не поймут инновационные технологии, а здесь все будет — и испытания, и площадки, и финансирование», — сообщил инженер.

«А я жду и надеюсь, что величайший прорыв в истории человечества начнется в Якутии. Ведь в первую очередь это положительно отразится на жизни арктических районов, где и так нелегко. Сейчас пытаются придумать какие-то идеи, новшества, чтобы сэкономить на топливе. Знаете, с чем я сравниваю атомный генератор? Много лет назад все думали, какие кнопки лучше делать на телефоне — кнопочные или крутящиеся, а потом придумали сотовый телефон с беспроводной связью, и все эти вопросы отпали. С атомным генератором будет точно так же», — уверен Анатолий Чомчоев.

Журнал «Все о Космосе»

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ)

По сравнению с ядерными реакторами, использующими цепную реакцию, РИТЭГи значительно компактнее и проще конструктивно. Выходная мощность РИТЭГ весьма невелика (до нескольких сотен ватт) при небольшом КПД. Зато в них нет движущихся частей и они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, который может исчисляться десятилетиями.

Применение

РИТЭГ космического аппарата «New Horizons»

В космосе

Схема РИТЭГа, используемого на космическом аппарате Кассини-Гюйгенс

Плутоний-238 в 2006 г. при запуске зонда New Horizons к Плутону нашёл свое применение в качестве источника питания для аппаратуры космического аппарата. Радиоизотопный генератор содержал 11 кг высокочистого диоксида 238 Pu, производящего в среднем 220 Вт электроэнергии на протяжении всего пути (240 Вт в начале пути и, по расчётам, 200 Вт к концу).

Зонды Галилео и Кассини были также оборудованы источниками энергии, в качестве топлива для которых служил плутоний. Марсоход Curiosity получает энергию благодаря плутонию-238. Марсоход использует последнее поколение РИТЭГов, называемое Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator. Это устройство производит 125 Вт электрической мощности, а по истечении 14 лет — 100 Вт.

РИТЭГ SNAP-27, применявшийся в миссии Аполлон-14 (в центре).

На Земле

РИТЭГ применялись в навигационных маяках, радиомаяках, метеостанциях и подобном оборудовании, установленном в местности, где по техническим или экономическим причинам нет возможности воспользоваться другими источниками электропитания. В частности, в СССР их использовали в качестве источников питания навигационного оборудования, установленного на побережье Северного Ледовитого океана вдоль трассы Северного морского пути. В настоящее время, в связи с риском утечки радиации и радиоактивных материалов, практику установки необслуживаемых РИТЭГ в малодоступных местах прекратили.

В США РИТЭГ использовались не только для наземных источников питания, но и для морских буев и подводных установок. Например, в 1988 году СССР обнаружил два американских РИТЭГа рядом с советскими кабелями связи в Охотском море. Точное количество установленных США РИТЭГ неизвестно, оценки независимых организаций указывали 100—150 установок на 1992 год.

Плутоний-236 и плутоний-238 применялся для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 и более лет. Их применяют в генераторах тока, стимулирующих работу сердца (кардиостимулятор). По состоянию на 2003 г. в США было 50—100 человек, имеющих плутониевый кардиостимулятор. До запрета на производство плутония-238 в США, ожидалось, что его применение может распространиться на костюмы водолазов и космонавтов.

Топливо

Радиоактивные материалы, используемые в РИТЭГах, должны соответствовать следующим характеристикам:

• Достаточно высокая объёмная активность для получения значительного энерговыделения в ограниченном объёме установки. Минимальный объём ограничен тепловой и радиационной стойкостью материалов, слабоактивные изотопы ухудшают энергомассовое совершенство установки. Обычно это значит что период полураспада изотопа должен быть достаточно мал для высокой интенсивности распадов и распад должен давать достаточно много легкоутилизируемой энергии.
• Достаточно длительный период поддержания мощности для выполнения задачи. Обычно это значит что период полураспада изотопа должен быть достаточно велик для заданной скорости падения энерговыделения. Типичные времена полураспада изотопов, используемых в РИТЭГах, составляют несколько десятилетий, хотя изотопы с коротким периодом полураспада могут быть использованы для специализированных применений.
• Удобный для утилизации энергии вид ионизирующего излучения. Гамма-излучение легко вылетает из конструкции, унося с собой энергию распада. Относительно легко могут улетать также нейтроны. Образующиеся при β-распаде высокоэнергетичные электроны неплохо задерживаются, однако при этом образуется тормозное рентгеновское излучение, уносящее часть энергии. При α-распаде образуются массивные α-частицы, эффективно отдающие свою энергию практически в точке образования.
• Безопасный для экологии и аппаратуры вид ионизирующего излучения. Значительные гамма-, рентгеновское и нейтронное излучения зачастую требуют специальных конструктивных мер по защите персонала и близкорасположенной аппаратуры.
• Относительная дешевизна изотопа и простота его получения в рамках имеющихся ядерных технологий.

Плутоний-238, кюрий-244 и стронций-90 являются чаще всего используемыми изотопами. Другие изотопы, такие как полоний-210, прометий-147, цезий-137, церий-144,рутений-106, кобальт-60, кюрий-242 и изотопы тулия были также изучены. Например, полоний-210 имеет период полураспада всего 138 дней при огромном начальном тепловыделении в 140 Вт на грамм. Америций-241 с периодом полураспада 433 года и тепловыделением 0,1 Вт/грамм.

Плутоний-238 чаще всего применяется в космических аппаратах. α-распад с энергией 5,5 МЭв (один грамм дает

0,54 Вт). Период полураспада 88 лет (потеря мощности 0,78 % в год) с образованием высокостабильного изотопа 234 U. Плутоний-238 является почти чистым альфа-излучателем, что делает его одним из самых безопасных радиоактивных изотопов с минимальными требованиями к биологической защите. Однако получение относительно чистого 238-го изотопа требует эксплуатации специальных реакторов, что делает его дорогим.

Стронций-90 широко применялся в наземных РИТЭГ советского и американского производства. Цепочка из двух β-распадов дает суммарную энергию 2.8 МЭв (один грамм дает

0,46 Вт). Период полураспада 29 лет с образованием стабильного 90 Zr. Стронций-90 получают из отработавшего топлива ядерных реакторов в больших количествах. Дешевизна и обилие этого изотопа определяет его широкое использование в наземном оборудовании. В отличие от плутония, стронций имеет значительный уровень ионизирующего излучения высокой проницаемости, что предъявляет относительно высокие требования к биологической защите.

Существует концепция подкритических РИТЭГ. Подкритический генератор состоит из источника нейтронов и делящегося вещества. Нейтроны источника захватываются атомами делящегося вещества и вызывают их деление. Основное преимущество такого генератора в том что энергия распада реакции с захватом нейтрона может быть гораздо выше энергии самопроизвольного деления. Например, для плутония это 200 МЭв против 6 МЭв спонтанного деления. Соответственно, потребное количество вещества гораздо ниже. Количество распадов и радиационная активность в пересчете на тепловыделение также ниже. Это снижает вес и размеры генератора.

Что такое атомный генератор

Якутский изобретатель Анатолий Чомчоев разработал уникальный портативный атомный генератор, который при стоимости в два миллиона рублей способен в течение пятидесяти лет обеспечивать энергией поселок из 150 домов. При этом генератор неприхотлив в работе, не требует обслуживающего персонала и, по словам Чомчоева, совершенно безопасен как для окружающей среды, так и для населения, где он будет работать.

Анатолий Чомчоев. Полковник запаса. Руководил штабом по ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС. Изобретатель. Долгое время сотрудничает с Сибирским отделением Российской академии наук. Имеет множество патентов, среди которых совместная разработка с японскими учеными — сапоги и перчатки для работы при низких температурах.

Депутат Государственной Думы Федот Тумусов тоже заинтересовался проектом. «Не оскудела наша земля талантами! Кстати, по поводу изобретения я отправил письмо в администрацию президента и жду ответа», — написал на своей официальной странице в «Фейсбуке» народный из¬бранник.

Новость об уникальной разработке быстро вышла за пределы Интернета. За последнюю неделю в гости к изобретателю наведывались представители республиканских и федеральных СМИ.

Все уже увидели макет установки — деревянные чурочки, покрашенные разноцветными красками: красная — реактор, желтая — преобразователь, синяя — генератор. Кроме деревянного макета, Анатолий Игнатьевич не раскрывает никаких подробностей изобретения.

— Если я расскажу, то за эту идею ухватятся китайцы или американцы. Они-то точно найдут деньги, чтобы её воплотить, — объясняет свою секретность изобретатель, — а я хочу, чтобы изобретение работало на благо России.

— Анатолий Игнатьевич, по чурочкам все-таки сложно что-либо понять. Откуда у вас вообще появилась эта идея с автономным атомным генератором?

— В России принята программа по развитию энергетики, и по ней в нескольких регионах страны будут установлены плавучие атомные электростанции на 12, 30 и 70 мегаватт. В частности, такие станции планируют поставить в Арктике. А теперь давайте посмотрим, в каком объеме энергии нуждаются крупнейшие центры арктических районов. В Тикси потребность — 4,5 мегаватт, в Батагае — 5,6 мегаватт. Выгодно? Невыгодно, конечно. Для чего тратить деньги и ставить огромную плавучую АЭС, которая будет вырабатывать столько излишков энергии?

Сейчас в среднем на один населенный пункт в Арктике от республики требуется завести 80 тысяч тонн дизельного топлива, 200 тысяч тонн угля, а также нефти и газоконденсата. Представляете, какие это деньги? Мало того, что это все надо закупить, так надо же еще доставить.

— По логике вещей правительство должно было ухватиться за эту идею мертвой хваткой.

— У нас в республике правительство настаивает на продвижении альтернативных источников энергии, так называемых возобновляемых — энергии солнца и ветра. Мы провели испытания и пришли к выводу, что солнечные батареи и ветряки энергетически не эффективны.

— Вы действительно самостоятельно разработали генератор или это коллективный проект?

— Я возглавлял штаб по ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС и во время работы познакомился со многими людьми, которые так или иначе причастны к атомной энергетике. В 2012 году я был в командировке в Москве, где мы собрали некую общественную инициативную группу и стали думать над тем, как бы улучшить энергетическую ситуацию в стране. Пришли к выводу, что плавучие атомные электростанции не подходят — почему, я объяснял ранее. Стали думать над альтернативой и поняли, что хорошим подспорьем в этом вопросе стали бы микро- и мини-атомные генераторы с выработкой от одного до 15 киловатт (микро) и от 15 киловатт до 10 мегаватт (мини).

Во-первых, это безопасно. Главная проблема атомных станций — это вода, которая используется для охлаждения реактора, а полученный пар приводит в действие турбину. На таких станциях, если она останавливается, вода замерзает, и запустить ее в условиях нашей зимы уже невозможно. А при минус 50-ти это вполне допустимый ход событий. Для примера я привожу 1993 год, когда в поселке Депутатский зимой остановилась газотурбинная установка: вода перемерзла, и 10 тысяч жителей остались без света и тепла.

В разработанных нами генераторах водяное охлаждение не применяется, да там и охлаждать нечего.

Во-вторых, вы даже не представляете, насколько он прост в эксплуатации. Весь реактор помещается в 20-тонный контейнер. Привозится на место работы, подключается к сетям, а рядом стоит еще один контейнер с рубильником. Доступ ко второму контейнеру есть у электрика, первый, с генератором, стоит опечатанный. Через 50 лет прилетает вертолет, этот контейнер с генератором забирает, а новый ставит на его место.

— После того как новость появилась в Интернете, аудитория разделилась на два лагеря. В первом — простые обыватели, которые призывают вас поддержать и внедрить проект в жизнь. Вторые же — представители научного и околонаучного сообщества, которые говорят, что ваше изобретение невозможно реализовать на практике.

— В Якутске нет практикующих физиков-ядерщиков, все теоретики. Соответственно, сделать какие-то выводы на основании лишь того, что я рассказываю, — невозможно. Это говорят те, кто ничего не понимает в энергетике. Мы направляли письма в Министерство энергетики и Министерство по развитию Дальнего Востока, и оттуда приходили отзывы. Первый эксперт написал, что это технически возможно, но будет неоправданно дорого. Эксперт этот работает в сфере термоядерной энергетики и мыслит совершенно другими величинами, поэтому и не может понять, что генератор может стоить меньше нескольких сотен миллионов.

Второй эксперт дал заключение, что наша разработка не найдет потребителей. Ну тут, думаю, даже вы могли бы этому эксперту оппонировать.

— Хорошо, не правительство, давайте возьмем «Росатом»: атомная энергия — это же их конек.

— В «Росатом» писали письма, но, как мы поняли, для них наш проект слишком мелкий: ну что такое генератор за два миллиона рублей, по сравнению со строительством АЭС в Турции за несколько миллиардов долларов?

— Давайте на минутку представим, что проект утвердили. Первый страх, который возникает у людей: в нашем районе будет стоять атомный генератор, а это радиация, излучение, не дай бог авария. Или уж совсем фантастический сценарий: генератор разберут террористы, чтобы сделать из него атомную бомбу.

— Каждый из описанных вами сценариев не имеет ничего общего с действительностью. Для станции не нужен обогащенный уран или плутоний, она может работать на отходах ядерного топлива. Тут мы решаем еще одну проблему — захоронения отходов ядерной энергетики. Реактор сделан таким образом, что там и взрываться нечему. А если нет обогащенного урана, то и бомбу делать не из чего. Проект совершенно безопасен.

— Хорошо, вы не доверяете якутским физикам-ядерщикам, а как с российскими светилами в этой области? С ними вы консультировались?

— Конечно. Когда мы начали проект, проводили расчеты и вычисления. А потом с ними обратились в Физико-энергетический институт им. Лейпунского в Обнинске. Это крупнейший и авторитетнейший институт по изучению атомной энергетики в России. Мы показали им наши расчеты и попросили указать, где у нас ошибки. Сотрудники института посмотрели и сказали, что ошибок нет и наши расчеты верны. В принципе, и изготовление, и испытания нашего автономного реактора мы хотели проводить в Обнинском институте, там есть для этого все условия.

— Сколько надо времени, чтобы создать этот генератор?

— В России? Три месяца и еще около года на испытания. В Америке этот генератор создадут лет за 15, в Китае, может быть, за два-три года. Правда, стоимость у них будет не два миллиона рублей, а примерно два миллиона долларов. Поэтому мы пока свое изобретение не патентуем, потому что, если подавать документы на патент, это раскрывать все карты: схемы, расчеты и т. д. А как только они появятся, сразу же станут доступными для китайцев и американцев. Ко мне уже обращались представители разных стран с предложениями. Но я надеюсь, что наше изобретение получит путевку в жизнь на родине.

Юрий ФРОЛОВ, начальник управления документационного обеспечения АО «ГНЦ РФ — ФЭИ»:

— К нам действительно поступало обращение от Алексея Игнатьевича Чомчоева. Наши сотрудники его рассмотрели и подготовили ответ, который был направлен в «Росатом», а оттуда он будет перенаправлен Алексею Чомчоеву. К сожалению, ни я, ни наши сотрудники, которые изучали письмо вашего изобретателя, не можем пока комментировать его изобретение. Могу сказать лишь одно: в представленных нам документах есть как и рациональное зерно, так и несколько моментов, которые вызывают серьезные вопросы по поводу их реализации. Думаю, Анатолий Чомчоев получит наш ответ, можете тогда у него поинтересоваться.